不間斷式太陽能供電設(shè)備的設(shè)計(jì)

其一，采用簡(jiǎn)單實(shí)用的電路實(shí)現(xiàn)步進(jìn)充電方式，即在充足的太陽光下，一個(gè)蓄電池充電電流大于另一個(gè)蓄電池的充電電流，以實(shí)現(xiàn)先對(duì)一個(gè)蓄電池充電，充滿電荷后自動(dòng)地再對(duì)下一個(gè)蓄電池進(jìn)行充電，這相當(dāng)于兩個(gè)蓄電池輪流地被充電，這不僅充分利用了單位面積的太陽能，也大大增加了蓄電池的使用壽命，這樣在同等負(fù)荷的情況下，可降低對(duì)太陽能電池板功率的要求，從而降低了工程的造價(jià)；

其二，設(shè)計(jì)出一種太陽能與市電供電自動(dòng)切換系統(tǒng)，以彌補(bǔ)數(shù)日綿綿陰雨太陽能供不上電的缺陷，做到不間斷式的居家供電目的。

一、設(shè)計(jì)原理及電路分析

電路由步進(jìn)充電電路、太陽能供電與市電供電自動(dòng)切換電路和路燈控制與照明電路三大部分組成，如下圖所示。該電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、內(nèi)涵豐富，電路工作穩(wěn)定可靠。
1．步進(jìn)充電

電路如下圖所示，太陽能電池板的輸出引線從CK插座接入，依據(jù)I=(U-E1.2)／R1.2，其中I為各支路充電電流，U為太陽能電池板帶載輸出的端電壓，E1，E2分別為蓄電池El、E2上的電壓，在兩個(gè)蓄電池原始電壓相同的情況下，蓄電池El的充電電流I1是蓄電池E2的充電電流I2的10倍；顯然，El蓄電池的充電電壓的初始速度比蓄電池E2充電電壓的初始速度大得多，相當(dāng)于太陽能電池板先對(duì)蓄電池El進(jìn)行充電，隨著充電過程的不斷產(chǎn)生，蓄電池El上的電壓也在不斷地增加，使得蓄電池El上的電壓逐漸趨于飽和，同時(shí)蓄電池E1的充電電流I1在逐漸地減少，當(dāng)蓄電池El上的電壓充到接近于額定值時(shí)，蓄電池El的充電電流I1也就趨近于零，此時(shí)可認(rèn)為蓄電池El的充電過程基本結(jié)束。

當(dāng)太陽能電池板對(duì)蓄電池El充電的同時(shí)也對(duì)蓄電池E2充電，只不過蓄電池E2電壓上升的速度比蓄電池El電壓上升的速度要慢得多，當(dāng)蓄電池El充電過程基本結(jié)束后，相當(dāng)于充電負(fù)載減輕，依據(jù)(U=E-I×r)，U為太陽能電池板帶載輸出的端電壓，E為太陽能電池板所提供的電壓源電壓，I為回路充電的總電流，r為太陽能電池板的內(nèi)阻，此時(shí)太陽能電池板帶載輸出的端電壓U會(huì)回升，從而加快了太陽能電池板對(duì)E2的充電速度，即加快了蓄電池E2上的電荷的累積速度，當(dāng)歷經(jīng)r若干時(shí)間后，蓄電池E2上的電壓也充到接近于額定值時(shí)，蓄電池E2的充電電流I2也趨近于零；同理，此時(shí)也可認(rèn)為蓄電池E2的充電過程基本結(jié)束。當(dāng)兩個(gè)蓄電池充電過程基本結(jié)束后，此時(shí)若仍有太陽光存在，雖然說充電電流都趨近于零，當(dāng)仍有微小的充電電流在流動(dòng)，充電過程仍在延續(xù)，只不過此時(shí)蓄電池上電荷累積的速度變得異常緩慢，其目的不僅不浪費(fèi)資源，而且有利于延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命。

D1、D2是隔離二極管，其作用是阻止兩個(gè)蓄電池互相充電，形成不必要的內(nèi)耗、提高供電系統(tǒng)的效率。
太陽能充電電路的等效圖如下圖所示，根據(jù)基爾霍夫定律，得出下列充電回路的電壓與電流方程如下式：

I=I1+I2 (1)

I1=(E-E1-VD1-Ir)/(R1+r1) (2)

I2=(E-E2-VD2-Ir)/(R2+r2) (2)

其中I、I1、I2分別為太陽能電池板E充電回路的總電流、蓄電池El回路充電電流、蓄電池E2回路的充電電流，r、R1、r2分別為太陽能電池板、蓄電池El、蓄電池E2的內(nèi)阻，蓄電池的內(nèi)阻隨著電壓的升高而減少，R1、R2為充電回路的限流電阻，VD1、VD2為二極管D1、D2的正向壓降，設(shè)為0.7V，太陽能的峰值電壓取15.1V，無論是El還是E2，經(jīng)理論推算與實(shí)踐驗(yàn)證獲悉，只要當(dāng)蓄電池上的電壓充到約13.8V時(shí)，該充電回路的電流急劇減少，且趨近于零；若El=13.8V，r=6Ω，r2取2Ω，則從上述方程可知：

經(jīng)計(jì)算后獲悉，當(dāng)E1充滿電荷后，E2才充到8.6V，隨著E2電壓的逐漸升高，充電電流I2在減少，同時(shí)又有微弱的Il充電電流在流動(dòng)，這有利于延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命。但無論El、E2充電電壓如何的升高，根據(jù)式(2)、(3)式知，El、E2的電壓峰值都控制在14.4V內(nèi)。其理由緣至二極管D1、D2具有單向?qū)щ娦浴?br />則Il=(E-El-VD1-Ir)≥0,12=(E-E2-VD2-Ir)≥0因此，El,E2≤15.1-0.7-I.r=14.4-I.r=14.4(V)由于14.4V為12V蓄電池極限所承受的電壓值，故有效地保護(hù)了蓄電池。